Tóm tắt luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật: Điều khiển thích nghi hằng số thời gian rotor của động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc

Chia sẻ: Ngọc Hưng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

129
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với kết cấu nội dung gồm 4 chương, tóm tắt luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật "Điều khiển thích nghi hằng số thời gian rotor của động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc" giới thiệu đến các bạn những nội dung tổng quan về động cơ không đồng bộ, phương pháp điều khiển vector tựa theo từ thông rotor động cơ không đồng bộ, điều khiển thích nghi hằng số thời gian rotor,... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật: Điều khiển thích nghi hằng số thời gian rotor của động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc

-1- -2- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐHBK, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HOÀNG ĐỨC HÙNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đoàn Quang Vinh ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI Phản biện 1: GS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang HẰNG SỐ THỜI GIAN ROTOR CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA Phản biện 2: TS. Nguyễn Hoàng Mai ROTOR LỒNG SÓC Luận văn ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp Chuyên ngành: Tự ñộng hóa thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 07 tháng 05 năm 2011. Mã số: 60.52.60 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng. - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng. Đà Nẵng - Năm 2011 1 2
-3- -4- ñiện trở rotor mà chưa xét ñến ảnh hưởng của cả ñiện trở và ñiện cảm rotor trong một mối liên hệ tổng thể. MỞ ĐẦU 4. Phương pháp nghiên cứu 1. Tính cấp thiết của ñề tài Nghiên cứu, xây dựng các phương án và thiết kế trên lý thuyết. Với sự tiện dụng, kết cấu vững chắc của ĐCKĐB rotor lồng sóc Xây dựng mô hình mô phỏng ñể kiểm chứng trên phần mềm và sự hấp dẫn về giá thành sản phẩm này, ĐCKĐB rotor lồng sóc Matlab-Simulink. ñược sử dụng ngày càng rộng rãi. Một mặt, nhu cầu về việc ñiều 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài khiển chính xác ñể ñưa ñến hệ truyền ñộng có chất lượng cao ñã ñòi Kết quả nghiên cứu sẽ ñược áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác hỏi việc xây dựng hệ ñiều khiển truyền ñộng ñáp ứng ñược yêu cầu nhau vì hiện nay rất nhều hệ truyền ñộng, dây chuyền sản xuất sử thực tiễn. dụng ĐCKĐB rotor lồng sóc vì sự hấp dẫn về kết cấu và giá thành Với bản chất là phi tuyến của ĐCKĐB rotor lồng sóc, bài toán của ñộng cơ nhưng lại ñòi hỏi ñộ chính xác cao. kinh tế kỹ thuật ñược ñặt ra giữa một bên là nỗ lực nghiên cứu vật 6. Cấu trúc luận văn liệu chế tạo rotor và một bên là ñầu tư hệ thống ñiều khiển, cần xem Cấu trúc luận văn gồm phần Mở ñầu và 4 chương: xét ñến giá thành tổng thể của hệ thống ñã ñược các nhà chế tạo ñầu Chương 1: Tổng quan về ñộng cơ không ñồng bộ. tư nhiều công sức nghiên cứu. Vấn ñề ñặt ra là làm sao ñể sử dụng Chương 2: Phương pháp ñiều khiển vector tựa theo từ thông ĐCKĐB với chất lượng hiện có mà vẫn ñáp ứng ñược yêu cầu về rotor ĐCKĐB. chất lượng hệ thống. Các thông số ñộng cơ mà ñiển hình là các tham Chương 3: Điều khiển thích nghi hằng số thời gian rotor. số của rotor - làm việc trong chế ñộ ngắn mạch bị biến ñổi theo nhiệt Chương 4: Tổng hợp hệ thống ñiều khiển thích nghi hằng số thời ñộ làm việc. Việc xây dựng hệ thống ñiều khiển cần thiết phải tính gian rotor ĐCKĐB. ñến việc bù ñắp các thay ñổi này ñể ñảm bảo chất lượng ñiều khiển. 2. Mục ñích nghiên cứu CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Xây dựng bộ ñiều khiển ĐCKĐB rotor lồng sóc có khả năng tự 1.1. Khái quát chung thích nghi theo sự thay ñổi hằng số thời gian rotor của ñộng cơ. Ngày nay kỹ thuật ñiều khiển ñộng cơ ñiện xoay chiều ba pha ñã 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu phát triển ñến mức gần như hoàn thiện. Cấu trúc ñiều khiển theo Đối tượng nghiên cứu là ĐCKĐB 3 pha rotor lồng sóc. nguyên lý ñiều khiển T4R thường ñược sử dụng là ñiều khiển dòng Phạm vi nghiên cứu chính của ñề tài này là xây dựng ñược hệ ñiện riêng rẽ cũng như áp ñặt nhanh mômen quay. Hai mạch vòng thống ñiều khiển thích nghi theo hằng số thời gian rotor của ĐCKĐB ñiều khiển tốc ñộ và từ trường quay ñược tổng hợp riêng biệt. rotor lồng sóc. Trong ñề tài này, tác giả chỉ ñi vào xét ảnh hưởng của 3 4
-5- -6- 1.2. Mô hình của ĐCKĐB u sd = Rs i sd + pψ sd − ω sψ sq u sq = Rs isq + pψ sq + ω sψ sd 1.2.1. Mô hình 3 pha của ĐCKĐB 0 = Rr ird + pψ rd − ω rψ rq (1.7) Giả thiết ĐCKĐB rotor lồng sóc có 3 pha ñối xứng, khe hở 0 = Rr irq + pψ rq + ω rψ rd không khí là ñều và phân bố từ thông theo khe hở không khí là Sin. ψ sd = Ls i sd + LM ird = Lσs i sd + LM imd = Lσs isd + ψ md Theo [1], hệ phương trình của ĐCKĐB rotor lồng sóc viết trong ψ sq = Ls isq + LM irq = Lσs isq + LM imq = Lσs i sq + ψ mq hệ toạ ñộ 3 pha dạng thu gọn như sau: ψ rd = Lr ird + LM i sd = Lσr ird + ψ md U s = [Rs ]i s + pψ s ψ rq = Lr irq + LM i sq = Lσr irq + ψ mq U r = [Rr ]i r + pψ r + e r (1.4) mM = 3 LM zp (ψ rd isq + ψ rq isd ) ψ s = [Lσs ]i s + [Lm ]i m = [Ls ]i s + [Lm ]i r 2 Lr ψ r = [Lσr ]i r + [Lm ]i m = [Lm ]i s + [Lr ]i r a. Mô hình trạng thái liên tục 1.2.2. Mô hình của ĐCKĐB trên hệ tọa ñộ αβ Theo [2], nếu ñặt các vector trạng thái và ñầu vào: x fT = [i sd , i sq ,ψ rd| ,ψ rq| ]; u fT = [u sd , u sq ] Hệ phương trình của ñộng cơ trên hệ trục toạ ñộ trực giao αβ: u sα  i s α  ψ sα  u  = [Rs ]i  + p ψ  Mô hình trạng thái liên tục của ĐCKĐB ñược viết dưới dạng:  sβ   sβ   sβ  dx f (1.20) 0  i rα  ψ rα  − erα  = A f x f + B f u f + Nx f ω 0 = [Rr ]i  + p ψ  + e s s  dt    rβ   rβ   rβ    1 1−σ   1−σ 1−σ ψ sα  i sα  irα  i sα  imα  (1.6) −  +  0 − ω ψ  = [Ls ]i  + [LM ]i  = [Lσs ]i  + [LM ]i    σTs σTr  σTr σ   sβ   sβ   rβ   sβ   mβ    1 1−σ  1−σ 1−σ  ψ rα  i rα  i sα  i r α  imα   0 −  +  − ω  A f A12f  ψ  = [Lr ]i  + [LM ]i  = [Lσr ]i  + [LM ]i  Af =   σTs σTr  σ σTr  =  11f ;  rβ   rβ   sβ   rβ   mβ   1 1   A21 A22f   0 − −ω  mM = z p 3 LM (ψ rα isβ −ψ rβ isα )  Tr 1 Tr 1  2 Lr  0 ω −   Tr Tr  1.2.3. Mô hình của ĐCKĐB trên hệ tọa ñộ dq  1  Hệ phương trình của ñộng cơ trong hệ trục toạ ñộ dq: σL 0  0 1 00  s  − 1 0 0 0 (1.21) 1   B1f  N= Bf =  0 = 0 0 0 1  σLs   B2f ;     0 0  0 0 − 1 0    0 0  b. Mô hình trạng thái gián ñoạn Theo [2], mô hình trạng thái gián ñoạn của ĐCKĐB:  x(k + 1) = Φ (k )x(k ) + H (k )u (k ) (1.23)   y (k ) = C (k )x(k ) 5 6
-7- -8-  T  1 1−σ  1−σ T 1−σ  1 −  +  ω sT ωT  ñồng bộ nên góc γi biến thiên rất chậm, các thành phần chiếu của  σ  Ts Tr  σ Tr σ   T  1 1−σ  1−σ 1−σ T  vector dòng ñiện lên các trục sẽ giống như các ñại lượng một chiều,  − ωsT 1 −  +  − ωT  σ Tr  = Φ 11 Φ  f f Φ = f σ  Ts Tr  σ 12 cho phép có thể tổng hợp các bộ ñiều khiển vô hướng cho từng thành  f ;  Φ Φ  f  T 0 1− T (ω s − ω )T   21 22 phần. Trong phương pháp này cần phải xác ñịnh ñược vị trí góc của Tr Tr   − (ω s − ω )T  T T  vector từ thông rotor ñể có thể tựa hệ trục dq vào ñó. 0 1−  Tr Tr   T   σL 0   s  (1.26) T   H 1f  Hf = 0 =  σLs   H 2f   0 0     0 0  1.3. Hệ thống ñiều khiển vector ĐCKĐB 1.3.1. Phương pháp ñiều khiển vector trực tiếp 1.3.2. Phương pháp ñiều khiển vector gián tiếp CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VECTOR TỰA THEO TỪ THÔNG ROTOR ĐCKĐB 2.1. Điều khiển T4R của ĐCKĐB nghịch lưu nguồn áp (FOC) Nguyên lý ñiều khiển vector tựa từ thông rotor: Để diển giải phương pháp này, quan sát trên Hình 2.1, trong ñó hệ trục tọa ñộ dq Hình 2.2 - Sơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển vector tựa từ thông rotor. ñược tựa vào vector từ thông roto. 2.2. Các phương pháp thiết kế bộ ñiều khiển dòng ñiện trong hệ jq thống ñiều khiển T4R. ωs 2.2.1. Mô hình gần ñúng của ĐCKĐB trên hệ tọa ñộ dq tựa ωs us ωs is ψr d từ thông rotor: ω Hình 2.1 - Đồ thị uqs γi ϑr ids vector trường hợp iqs ϑs ϑ tựa hệ dq từ thông rotor. α=as Ở chế ñộ tựa xác lập, các vector không gian ñều quay với tốc ñộ 7 8
-9- - 10 -   1    Ls 1 +  ω s Ls 1 1  (2.9) Ti .s+1 i_sd C  R11 R12  1   pT   R = s 1/Rs LM  21 R22  2Ti K nl K i   1   ω s Lnm Lnm 1 +  1 pTnm  Ts.s+1 i_sd Tr .s+1 u_sd esd mC 4   Ls zp Nếu xem tất cả các sức ñiện ñộng ñều là nhiễu biến thiên chậm J.s mM 3 w thì có thể thực hiện việc tổng hợp hai bộ ñiều khiển dòng riêng rẽ và ws wr sau ñó thực hiện việc tách kênh bằng các mạch bù sức ñiện ñộng như Lnm 3*zp*Lm /(2*Lr) trên Hình 2.7 với các bộ ñiều khiển xác ñịnh ñược như sau: esq LM R11' ( p ) = R11 ( p ); R ' ( p ) = ω s Ls ; 12 Tr K i K nl 1/Rnm 1 ωL ω R ( p ) = s nm ; R22 ( p ) = R22 ( p ); Rbu ( p ) = r 2 2 Tnm .s+1 i_sq Ti .s+1 ' u_sq i_sq ' 21 K i K nl K nl 3 e_rq Một phương pháp khác cũng hay ñược sử dụng là dòng ñiện riêng Hình 2.5 - Mô hình gần ñúng của ĐCKĐB trong hệ tọa ñộ dq tựa từ thông rotor. rẽ có bù sức ñiện ñộng như trên Hình 2.8. Các bộ ñiều khiển R11, R12 ñược lấy theo biểu thức (2.9) và từ thông Ψsα và Ψsβ xác ñịnh theo (2.10) ( theo tài liệu [1]). 2.2.2. Điều khiển dòng ñiện riêng rẽ ψ sα  t  u sα  i sα   (2.10) Coi nghịch lưu ñiện áp là bộ khếch ñại công suất có hệ số khếch ψ  = ∫  u  − Rs i  dt  sβ  0   sβ   sβ   ñại Knl, thời gian thực hiện của nó là Tnl và xem ωs và ω biến thiên khá chậm hơn các ñại lượng ñiện từ. Ta thực hiện ñược mô hình sau: Hình 2.7 - Cấu trúc bộ ñiều Hình 2.8 - Cấu trúc bộ ñiều Hình 2.6 - Cấu trúc bộ ñiều khiển dòng ñiện riêng rẽ. khiển dòng ñiện riêng rẽ có bù khiển dòng ñiện riêng rẽ có Các bộ ñiều khiển dòng ñiện trên Hình 2.6 ñược xác ñịnh: tách kênh bằng dòng ñiện. bù sức ñiện ñộng. Từ ưu ñiểm của cấu trúc ñiều khiển dòng ñiện riêng rẽ có bù sức ñiện ñộng là hạn chế sai số, tác giả ñã sử dụng cấu trúc này kết hợp 9 10
- 11 - - 12 - với các bộ ñiều khiển tốc ñộ và từ thông bằng PI kinh ñiển. Từ ñó hưởng xấu ñối với các hệ truyền ñộng chất lượng cao. nghiên cứu và giải quyết bài toán thích nghi trên nền của phương 2.4.2. Quan sát ảnh hưởng của Tr ñến các trạng thái và pháp ñiều khiển này. ñáp ứng 2.3. Tổng hợp bộ ñiều khiển dòng ñiện riêng rẽ có bù sức ñiện Từ kết quả thiết kế các bộ ñiều khiển ở trên và sử dụng ñộng cơ ñộng cho ĐCKĐB mẫu 10HP trong thư viện SimPowerSystems của phần mềm Matlab 2.3.1. Tổng hợp các bộ ñiều khiển dòng ñiện Simulink ñể thực hiện mô phỏng. Kết quả mô phỏng và quan sát các Trong cấu trúc ñiều khiển dòng ñiện riêng rẽ có bù sức ñiện ñáp ứng ñối với các trường hợp chưa có sự biến ñộng ñiện trở rotor ñộng, bộ ñiều khiển dòng ñiện ñược sử dụng theo kết quả ñã phân và khi có sự thay ñổi ñiện trở rotor như sau: 0.9 tích ở trên. Theo ñó, bộ ñiều khiển dòng: 0.8 1  1  1  1  R11 = Ls 1 + ; R22 = Lnm 1 +  0.7 2Ti K nl K i  pTs  2Ti K nl K i  pTnm  0.6 Psird(Wb) 0.5 2.3.2. Tổng hợp bộ ñiều khiển từ thông 0.4 Bộ ñiều khiển là khâu PI, xác ñịnh theo chuẩn tối ưu mô ñun: 0.3 K iψ (2.12) R ( p) = K + 0.2 Psird-150 ψ pψ 0.1 p Psird-100 Psird-Ref 0 Tr 1 K iψ = 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 K pψ = ; Time (s) 4 LM Ti 2 LM Ti Hình Kết2.16 Đápsát quả -quan ứngcho từ thấy, thôngởrotor khởiñộng khi biến giai ñoạn banñiện ñộngtăng ñầu trở rotor. và chưa 2.3.3. Tổng hợp bộ ñiều khiển tốc ñộ mang tải thì từ thông ít bị ảnh hưởng bởi sự biến ñộng của ñiện trở Rω ( p ) = K pω + K iω (2.13) p rotor Rr. Khi ñộng cơ mang tải ñịnh mức và ñiện trở rotor bị biến 2J K pω K pω = ; K iω = ñộng ñã làm xấu ñặc tính của ñáp ứng từ thông rotor. Trong trường Ta K1 K 2 4Ta hợp cực hạn, ñiện trở rotor tăng thêm 50% (thể hiện ở ñường Psird- 2.4. Khảo sát ảnh hưởng của Tr ñến chất lượng ñiều khiển 1.5Rr) thì từ thông rotor, khi ñã ñến vùng ổn ñịnh vẫn dao ñộng và 2.4.1. Phân tích ảnh hưởng của Tr ñến chất lượng truyền ñộng lệch biên ñộ với biên ñộ sai khác khoảng ± 0.6% so với giá trị ổn Hằng số thời gian rotor thiếu chính xác sẽ gây sai số góc pha của ñịnh như thể hiện trong Hình 2.17. vector từ thông và lệch pha giữa dòng mô hình và dòng ñộng cơ: ~ ~ i s = iˆs e jϑ , ϑ s = ϑˆs − ϑ s s (2.15) Hậu quả này sẽ dẫn ñến sai lệch tĩnh của mômen và module từ thông. Tùy theo thực trạng kỹ thuật và ñòi hỏi về chất lượng truyền ñộng, các sai số trên trong nhiều trường hợp là không chấp nhận ñược. Ngoài ra, sai số xác lập của mômen và từ thông sẽ có ảnh 11 12
- 13 - - 14 - 0.825 Psird (Wb) 0.82 350 mM-150 0.815 300 mM-100 mC 250 0.81 Psird-150 200 Psird-100 Psird-150 Psird-100 150 0.805 mM(N.m) Psird-Ref 100 2.91 2.92 2.93 2.94 2.95 2.96 2.97 2.98 2.99 3 50 Time (s) 0 Hình 2.17 - Hiện tượng sai lệch từ thông rotor khi tăng ñiện trở rotor. -50 2500 -100 n-Ref n-100 -150 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 n-150 Time (s) 2000 Hình 2.20 - Đáp ứng mômen ñộ ñộng cơ khi biến ñộng tăng ñiện 1500 trở rotor. n (V/p) 1000 65 mM-150 mM-100 60 mC 500 55 0 mM(N.m) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Time (s) 50 Hình 2.18 - Đáp ứng tốc ñộ ñộng cơ khi biến ñộng tăng ñiện trở rotor. 45 mM-100 Quan sát ñáp ứng tốc ñộ thấy rằng, trường hợp ñiện trở rotor tăng 40 lên 1.5 lần ngoài việc ảnh hưởng ñến ñộ quá ñiều chỉnh khi khởi mM-150 35 2.82 2.84 2.86 2.88 2.9 2.92 2.94 2.96 2.98 3 Time (s) ñộng còn ảnh hưởng ñến biên ñộ tuyệt ñối của tốc ñộ trong vùng ổn Hình 2.21 - Hiện tượng dao ñộng mômen ñộ ñộng cơ khi tăng ñịnh khi mang tải ñịnh mức. Khi ñộng cơ mang tải ñịnh mức ñồng ñiệntrở trởrotor rotor.bị thay ñổi tăng lên 150% so Kết quả cho thấy, khi ñiện thời với sự biến ñổi tăng lên 150% của ñiện trở rotor, tốc ñộ ñộng cơ với giá trị nguội thì ñáp ứng mômen của ñộng cơ bị ngược (âm) khi nằm trong vùng ổn ñịnh mới với biên ñộ trung bình sai khác so với khởi ñộng và dao ñộng mạnh khi mang tải ñịnh mức với biên ñộ dao giá trị mong muốn là 15v/p (1.04%). ñộng ±27.6%. 1460 2.4.3. Kết luận 1450 Từ kết quả quan sát cho thấy khi ñiện ñiện trở rotor thay ñổi tăng n (V/p) 1440 n-Ref lên trong quá trình làm việc ảnh hưởng ñến việc ổn ñịnh ñặc tính từ n-100 1430 n-150 n-100 n-150 thông và mômen, ñặc biệt là biên ñộ của tốc ñộ ñộng cơ không còn 2.905 2.91 2.915 2.92 2.925 2.93 2.935 2.94 2.945 Time (s) bám theo chính xác giá trị tốc ñộ mong muốn. Vấn ñề này sẽ ñược Hình 2.19 - Hiện tượng lệch biên ñộ tốc ñộ ñộng cơ trong vùng ổn ñịnh khi tăng ñiện trở rotor. 13 14
- 15 - - 16 - giải quyết theo hướng thích nghi với sự thay ñổi của ñiện trở rotor. tắt như sau: Để hệ kín, bao gồm ñối tượng ñiều khiển và bộ ñiều khiển, luôn có ñược chất lượng mong muốn ứng với hàm truyền ñạt CHƯƠNG 3. ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI HẰNG SỐ mẫu mong muốn thì bộ ñiều khiển cần phải ñược thiết kế và hiệu THỜI GIAN ROTOR chỉnh thường xuyên sao cho tín hiệu ñầu ra y(t) của hệ kín luôn như ñầu ra ym(t) của mô hình tham chiếu. Mục tiêu là: 3.1. Tổng quan về ñiều khiển thích nghi y m (t ) ≈ y (t ) ⇔ e(t ) = y (t ) − y m (t ) ≈ 0 (3.1) Một hệ thống mà bộ ñiều khiển có khả năng tự thay ñổi thông số Như vậy vấn ñề còn lại của bài toán là thiết kế cơ cấu thay ñổi hay cấu trúc của bộ ñiều khiển, hoặc cả về thông số lẫn cấu trúc của tham số bộ ñiều khiển ñể luôn có ñược sai số e(t) ≈ 0 và ñiều này bộ ñiều khiển dựa trên chu trình làm việc ñịnh trước hoặc các thông phải không ñược phụ thuộc vào sự thay ñổi bên trong ñối tượng. số, cấu trúc của ñối tượng ñược quan sát thực tế trong quá trình Để thực hiện việc hiệu chỉnh tham số p cho bộ ñiều khiển với cấu làm việc ñược gọi là hệ thống ñiều khiển thích nghi. trúc xác ñịnh, cho trước, ñiển hình là mô hình ñiều chỉnh theo luật Ứng dụng trong ñề tài nghiên cứu của mình, tác giả chỉ trình bày MIT và phương pháp hiệu chỉnh theo hàm mục tiêu xác ñịnh dương phương pháp thích nghi sử dụng bộ ñiều khiển có cấu trúc cố ñịnh và ñặt trước. thông số ñược cập nhật trực tiếp. 3.2.2. Luật hiệu chỉnh tham số bộ ñiều khiển MIT 3.2. Hệ thích nghi sử dụng mô hình tham chiếu (MRAS) (Massachusetts Institude Technology) 3.2.1. Tổng quan về hệ thích nghi sử dụng mô hình tham chiếu Theo [3], nội dung phương pháp hiệu chỉnh này là thay ñổi vector Hệ thích nghi sử dụng mô hình tham chiếu (Model reference thông số p sao cho ñảm bảo mục tiêu (3.1). Tức là cần có: adaptive system) ñược viết tắt là MRAS có sử dụng bộ ñiều khiển de(t ) thích nghi có mô hình theo dõi (Model reference adaptive control) e 0 3.2.3. Hiệu chỉnh tham số bộ ñiều khiển nhờ cực tiểu hóa hàm mục tiêu hợp thức (xác ñịnh dương) Theo [3], nguyên tắc làm việc của bộ ĐKTN MRAC ñược tóm Cũng theo [3], phương pháp hiệu chỉnh này nhờ cực tiểu hóa hàm 15 16
- 17 - - 18 - mục tiêu xác ñịnh dương V(e) của các vector sai lệch e. V (e ) > 0, ∀e ≠ 0 và V (0) = 0 Hình 3.4 - Cấu trúc dV (e ) ñiều khiển thích nghi Và chỉ cần xác ñịnh bộ ñiều khiển sao cho xác ñịnh âm dt tự chỉnh trực tiếp. theo e. Theo lý thuyết Lyapunov, ñiều kiện này cũng ñảm bảo ñể e(t ) → 0 . 3.3. Hệ thích nghi sử dụng bộ ñiều khiển tự chỉnh ñịnh (STR) 3.4. Điều chỉnh tự ñộng và lịch trình ñộ lợi Một bộ ñiều khiển tổng hợp, nếu trong quá trình làm việc có khả Trong nhiều trường hợp, có thể biết ñược sự thay ñổi ñộng học năng tự xác ñịnh lại mô hình toán học mô tả ñối tượng ñể từ ñó tự của quá trình theo các ñiều kiện vận hành. Nguồn gốc của sự thay chỉnh ñịnh lại bản thân nó cho phù hợp vói sự thay ñổi của ñối tượng ñổi ñộng học có thể là tính phi tuyến. Có thể thay ñổi tham số của bộ là bộ ĐKTN tự chỉnh (Self tuning regulator), viết tắt là STR. Bộ ñiều khiển bằng cách giám sát các ñiều kiện vận hành của quá trình. ĐKTN tự chỉnh ñơn giản nhất là bộ ĐKTN tự chỉnh tham số, tức là Phương pháp này ñược gọi là lịch trình ñộ lợi. nó không tự thay ñổi cấu trúc bộ ñiều khiển mà chỉ xác ñịnh lại các 3.5. Điều khiển mờ thích nghi tham số ñối tượng ñể từ ñó tự chỉnh ñịnh lại các tham số ñiều khiển Kỹ thuật ñiều khiển mờ ñã ñược phát triển thêm tính thích nghi của chính mình cho phù hợp. ñể tạo nên một hệ thống ñiều khiển trong ñó thông số và cấu trúc của bộ ñiều khiển thay ñổi trong quá trình vận hành, nhằm giữ vững chất Hình 3.3 - Cấu trúc lượng ñiều khiển của hệ thống khi có sự hiện diện của các yếu tố chung của bộ ñiều bất ñịnh cũng như sự thay ñổi thông số trong hệ thống. khiển thích nghi tự chỉnh. 3.6. Ứng dụng ñiều khiển thích nghi ñể ñiều khiển ĐCKĐB Như ñã phân tích trong Chương 2, sự thay ñổi hằng số thời gian Một hướng giải quyết bài toán khác khi sử dụng phương pháp rotor Tr làm ảnh hưởng ñến tốc ñộ ñồng bộ của ñộng cơ. Các bộ ñiều thiết kế bộ ñiều khiển thích nghi tự chỉnh trực tiếp như ñược ñề cập khiển và mô hình từ thông ñược xây dựng trên cơ sở hằng số thời ñến trong [9]. Mô hình này sử dụng cơ cấu nhận dạng tham số ñối gian Tr xác ñịnh dẫn ñến thông số bộ ñiều khiển không còn là tối ưu tượng kết hợp thuật toán xác ñịnh tham số ñiều khiển thành bộ quan và kéo dài thời gian quá ñộ, tựa sai hướng từ thông rotor khi mà sát trực tiếp tham số ñối tượng ñể cập nhật cho bộ ñiều khiển. Sơ ñồ Tr bị biến ñổi. trên Hình 3.3 có thể viết lại như sau: Xem xét các phương pháp thích nghi ñược trình bày trong 3.2 và xét về giới hạn phạm vi cần thích nghi theo yêu cầu nghiên cứu (thích nghi theo Tr), ñối với hệ thống này chúng ta chỉ cần sử dụng một bộ 17 18
- 19 - - 20 - ñiều khiển thích nghi có khả năng tự chỉnh ñịnh thông số theo Tr. Để 4.1.2. Ứng dụng lọc Kalman quan sát trạng thái của ĐCKĐB giải quyết vấn ñề này, một bộ ñiều khiển PI ñược thiết kế theo Theo [5], thuật toán lọc Kalman ñược xây dựng ñể ứng dụng phương pháp truyền thống có các thông số phụ thuộc vào hằng số quan sát trạng thái ĐCKĐB rotor lồng sóc như sau: thời gian rotor Tr kết hợp với việc quan sát trạng thái có thể ñáp ứng Mô hình gián ñoạn của ĐCKĐB trên hệ dq (1.23) ñược viết lại: ñược. Trên cơ sở ñó ñưa ñến cấu trúc cho hệ ĐKTN theo hằng số  x k +1 = Axk + Bu k (4.5)   y k = Cxk thời gian rotor như sau: Các ma trận trọng số trong (4.5):  T  1 1−σ  1−σ T 1−σ  1 −  +  ωsT ωT   σ  Ts Tr  σ Tr σ   T  1 1−σ  1−σ 1−σ T   − ω sT 1 −  +  − ωT  A= σ  Ts Tr  σ σ Tr  ;   T 0 1− T (ω s − ω )T  Tr Tr   − (ω s − ω )T  T T  0 1−  Tr Tr  T 1 0 1 0  1 0 1 (4.6) T 0 B= ; C= σLs 0 0 0 0     0 0 0 0 Đặt τ = 1/Tr, và xem như một hằng số ngẫu nhiên có dạng: Hình 3.5 - Cấu trúc tổng thể bộ ñiều khiển thích nghi hằng số τ k +1 = τ k + ξ k (4.7) 3.7. Nhận xét thời gian rotor. Trong ñó {ξ k } là nhiễu ồn trắng phân bố chuẩn Gaussian không Để thực hiện cấu trúc này tác giả thực hiện việc thiết kế các bộ tương quan với nhiễu ño lường {η k } và có phương sai là một ma trận ñiều khiển từ thông và tốc ñộ có thông số hiệu chỉnh ñược theo tham dương cho trước Var (ξ k ) = S k . Mô hình ñộng cơ (4.5) với giả thiết số Tr. Quan sát từ thông rotor và hằng số thời gian rotor ñể tính toán (4.7) có thể ñược viết lại thành hệ phi tuyến như sau: lại tốc ñộ ñồng bộ ωs phục vụ cho các khâu chuyển ñổi hệ trục tọa ñộ.  x k +1   Ak (τ k )x k   Bk u k  Gk ξ k   = + 0 + ξ  (4.8) τ k +1   τ k     k   CHƯƠNG 4. TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI  y = [C 0]  x  τ  + η k k  k k   k HẰNG SỐ THỜI GIAN ROTOR Trong ñó: 4.1. Nghiên cứu ứng dụng bộ lọc Kalman mở rộng 4.1.1. Thuật toán lọc Kalman 19 20
- 21 - - 22 -  T1  1− σ 1− σ  trạng thái như Hình 4.5. 1 −  + (1 − σ )τ k  ωsT Tτ k ωT   σ T  s  σ σ    4.2. Tổng hợp bộ ñiều khiển thích nghi ĐCKĐB T1  1− σ 1− σ A k (τ k ) =  −ωsT 1 −  + (1 − σ )τ k  − ωT Tτ k   σ  Ts  σ σ  Từ kết quả Chương 2 ta có ñược các bộ ñiều khiển tốc ñộ và    Tτ k 0 1 − Tτ k (ωs − ω )T  từ thông và có các tham số ñộng ñược xác ñịnh như sau:  0 Tτ k −(ωs − ω )T 1 − Tτ k   4.2.1. Tổng hợp bộ ñiều khiển tốc ñộ Bk = B, C k = C K 7 K8 K K K K pw = + ; K iw = 9 + 102 + 113 Gk là ma trận trọng số nhiễu. Tr Tr2 Tr Tr Tr Các vector nhiễu ξ k và η k ñược giả thiết là các nhiễu trắng Các hệ số K7, K8, K9, K10, K11 không phụ thuộc vào Tr. phân bố chuẩn Gaussian, kỳ vọng bằng 0 và với mọi k, j, ta có: 4.2.2. Tổng hợp bộ ñiều khiển từ thông Cov(ξ k , ξ j ) = Qk δ kj , Cov(η k ,η j ) = Rk δ kj Tr 1 (4.9) K pψ = ; K iψ = 4Ti LM 2Ti LM Các bước thực hiện sử dụng bộ lọc Kalman mở rộng ñể 4.3. Mô phỏng và kiểm chứng nhận dạng biến trạng thái mới τ như sau: 4.3.1. Các thông số của ñộng cơ • Dự báo (Predict): Các thông số của ĐCKĐB rotor lồng sóc sử dụng cho việc  xˆ k ,k −1   Ak −1 (τˆk −1 )xˆ k −1   Bk −1u k −1  (4.10)  = +  mô phỏng như ñã trình bày trong Chương 2 của luận văn. τˆk ,k −1   τˆk −1   0  ∂ ∂ T  Pk ,k −1 A (τˆ ) [A (τˆ )xˆ ]  A (τˆ ) [A (τˆ )xˆ ] =  k −1 k −1 ∂τ k −1 k −1 k −1  Pk −1,k −1  k −1 k −1 ∂τ k −1 k −1 k −1  + (4.11)  Ι   Ι   0   0  G Q G T 0  +  k −1 k −1 k −1   0 S k −1   1−σ   T σ (x3k − x1k ) (4.12) ∂  1−σ  4.3.2. Các sơ ñồ mô phỏng và kết quả mô phỏng [Ak −1 (τˆk −1 )xˆ k −1 ] = T σ (x 4k − x2 k ) ∂τ    T (x1k − x3k )   T (x − x )   2k 4k  • Hiệu chỉnh (Correction): 0] [[C k 0]Pk ,k −1 [C k 0] + Rk ] K k = Pk ,k −1 [C k −1 T T (4.13)  xˆ k   xˆ k ,k −1  τˆ  = τˆ ,  + K k ( y k − C k xˆ k ,k −1 ) (4.14)  k   k k −1  Pk ,k = [Ι − K k [C k 0]]Pk ,k −1 (4.15) Sơ ñồ cấu trúc hệ thống với bộ lọc Kalman ñể nhận dạng các biến 21 22
- 23 - - 24 - R_psi us_abc 1 Psir* R_11 Psir* mC mC 7 Psir^ isd* isd* is_abc usd* usd* Psird^ Tr isd 2 w* w(rad/s) Psird_fix Psird_fix w* usd usd 3 w^ isq* isq* Psird* Psir* usq* usq* w^ w^ 8 Tr isq mW usq Xung_dk Tr ^ R_w R_22 wN w* Xung_dk 1 4 Xung _dk ws Udc is_dq 6 is_alp Gia tri dat w^ Chap hanh is_alp 10 Udc is_dq Udc Discrete , SVPWM Ts = 2e-006 s. 5 us_alp us_alp us_alp usq powergui Xung_dk is_alp ws Psird^ Bu _SDD 9 Tr^ ws^ ws^ Hình 4.6 - Sơ ñồ tổng thể khối ñiều khiển thích nghi. Udc Dieu khien 1 e_Psi Psir* Adaptive PID 1 Tr isd* EKF R_Psi_A 2 Tr^ w^ Psir^ ws^ us_dq^ us_dq ws^ 3 Psird^ is_dq^ is_dq Tr is_abc is_alp Hình 4.7 - Sơ ñồ bộ ñiều khiển từ thông thích nghi theo Tr. us_alp us_abc Bo quan sat va chuyen doi 1 e_w w* Adaptive PID Km 1 Tr isq* 2 G Hình 4.2 - Mô hình tổng thể hệ thống ñiều khiển. w^ R_w_A 3 Tr Hình 4.8 - Sơ ñồ bộ ñiều khiển tốc ñộ nghi theo Tr. 2 us_dq ^ is_d 2500 n-Ref 1 zp n-Nm is_q n-Adc w^ 2000 Ex_Kalman Lm 3 Psird^ S-Function 3 Psirq^ 1500 is_dq ^ n(V/p) 1/u 1 Tr ^ 1000 500 2 ws^ 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Time (s) Hình 4.5 - Sơ ñồ khối lọc Kalman mở rộng. Hình 4.9 - Đáp ứng tốc ñộ với hằng số thời gian rotor Trx = Tr/1.5. 23 24
- 25 - - 26 - 0.9 Kết quả cho thấy, sử dụng ĐKTN ñã làm giảm ñáng kể ñộ quá 0.8 0.7 ñiều chỉnh khi khởi ñộng (ñặc tính n-Adc). Giải quyết ñược hiện 0.6 b) tượng sai lệch về biên ñộ tốc ñộ như thể hiện trong Hình 4.10. Psird(W 0.5 0.4 1460 0.3 0.2 n(V/p) 1440 Psird 0.1 Psird-Nm 1420 n-Ref Psird-Adc n-Nm n-Adc n-Nm 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 n-Adc 1400 Time (s) 2.91 2.92 2.93 2.94 2.95 2.96 2.97 2.98 2.99 3 Time (s) Hình 4.13 - Từ thông rotor với hằng số thời gian rotor Trx = Tr/1.5. Hình 4.10 - Tốc ñộ ñộng cơ vùng tải ñịnh mức với hằng số thời gian rotor Trx = Tr/1.5. 0.83 400 mC mM-Nm 0.825 300 mM-Adc Psird(Wb) 0.82 200 .m) 0.815 M(N 100 m Psird 0 0.81 Psird-Nm Psird-Adc Psird-Nm Psird-Adc 2.91 2.92 2.93 2.94 2.95 2.96 2.97 2.98 2.99 3 -100 Time (s) -200 0 0.5 1 1.5 Time (s) 2 2.5 3 Hình 4.14 - Khắc phục hiện tượng sai lệch từ thông rotor khi sử dụng ĐKTN với hằng số thời gian rotor Trx = Tr/1.5. Hình 4.11 - Đáp ứng mômen với hằng số thời gian rotor Trx = Tr/1.5. 0.18 mC Trx 65 mM-Nm Tr^ 0.17 mM-Adc 60 0.16 55 0.15 M(N.m) Tr (s) 50 0.14 m 0.13 45 mM-Adc 40 0.12 0.11 35 0.1 mM-Nm 2.82 2.84 2.86 2.88 2.9 2.92 Time (s) 2.94 2.96 2.98 3 0 0.5 1 1.5 Time (s) 2 2.5 3 Hình 4.12 - Khắc phục dao ñộng mômen khi sử dụng bộ ĐNTN Hình 4.15 - Quan sát hằng số thời gian rotor Tr^ với Trx = Tr/1.5. với hằng số thời gian rotor Trx = Tr/1.5. 4.4. Nhận xét Quan sát các ñặc tính mM-Adc và Psird-Adc trên Hình 4.11 và Hình 4.13, mômen và từ thông rotor của ñộng cơ trong trường hợp sử dụng bộ ĐKTN ñã khắc phục ñược các ảnh hưởng do ñiện trở 25 26
- 27 - rotor thay ñổi, dẫn ñến thay ñổi hằng số thời gian rotor. So với trường hợp bình thường (Normal) chỉ sử dụng các bộ ñiều khiển PI không thích nghi kết hợp với mô hình từ thông rotor như các ñặc tính mM- Nm và Psird-Nm, thì việc sử dụng ĐKTN kết hợp với việc quan sát trạng thái ñã ñáp ứng ñược theo chất lượng thiết kế ban ñầu. KẾT LUẬN Luận văn ñã giải quyết thành công vấn ñề ĐKTN hằng số thời gian rotor của ĐCKĐB rotor lồng sóc, trong ñó sử dụng bộ lọc Kalman mở rộng ñể nhận dạng hằng số thời gian rotor. Các kết quả mô phỏng ñã cho thấy bộ ĐKTN hằng số thời gian rotor của ĐCKĐB rotor lồng sóc ñã giải quyết ñược vấn ñề ñặt ra của ñề tài: loại bỏ ñược ảnh hưởng của hằng số thời gian rotor ñến chất lượng của hệ thống. Kết quả mô phỏng ñã khẳng ñịnh tính ñúng ñắn của các giải pháp ñề xuất và cho thấy triển vọng sử dụng trong thực tiễn. Luận văn ñã ñưa ra cách giải quyết vấn ñề trên lý thuyết và kiểm nghiệm bằng mô phỏng. Từ ñây, có thể cho phép nghiên cứu ñể triển khai mô hình thực nghiệm, ứng dụng vào thực tiễn và ñó cũng là một hướng ñể một lần nữa khẳng ñịnh và phát triển ñề tài./. 27